LiFSI industry research - LiFSI présente un espace à forte croissance
Les batteries lithium-ion sont principalement composées de quatre éléments : le matériau de la cathode, le matériau de l'anode, l'électrolyte et le diaphragme. L'électrolyte est l'une des principales matières premières des batteries lithium-ion.
Il joue le rôle de conducteur et de transporteur d'énergie entre la cathode et l'anode de la batterie, ce qui permet à la batterie lithium-ion d'obtenir les avantages d'une tension élevée et d'une énergie spécifique élevée, et son coût représente environ 5%-10% du coût de production de la batterie lithium-ion.
L'électrolyte est généralement préparé à partir de solvants organiques de haute pureté, d'électrolytes, d'additifs et d'autres matériaux dans certaines conditions et dans une certaine proportion, et l'électrolyte occupe une place importante.
Un nouveau type de sel de lithium, LiFSI a d'excellentes performances et de larges perspectives de développement.
Le nouveau sel de lithium LiFSI devrait briser le monopole du LiPF6
Le développement des batteries au lithium entraîne une croissance rapide de la demande d'électrolytes. L'augmentation rapide de la production de batteries au lithium a entraîné une hausse continue de la demande d'électrolytes. Le sel de lithium est un élément clé de la préparation de l'électrolyte, et le LiPF6 est à la pointe de l'application du sel de lithium.
L'électrolyte est en fait un électrolyte (qui peut être appelé sel de lithium) dissous dans un solvant organique approprié, plus une petite quantité d'additifs fonctionnels. Les propriétés de l'électrolyte influencent la conductivité et la sécurité du produit.
Cependant, le LiPF6 présente de nombreux problèmes qui limitent l'expansion de ses scénarios d'application. Ces inconvénients doivent être résolus de toute urgence et de nouveaux sels de lithium doivent être développés afin d'élargir les scénarios d'application.
Le LiFSI a d'excellentes performances et convient mieux à la charge rapide et à la durée de vie élevée des batteries. Compte tenu des insuffisances de performance du LiPF6, divers nouveaux sels de lithium ont été développés, parmi lesquels le bisfluorosulfonimide de lithium présente le développement le plus rapide et les meilleures perspectives d'application.
À l'heure actuelle, le LiFSI est principalement utilisé comme additif d'électrolyte dans une petite quantité mélangée au LiPF6, et le dosage global est faible. Comparé au LiPF6, le LiFSI est plus excellent en termes de conductivité de l'électrolyte, de performance à haute et basse température, de stabilité thermique, de résistance à l'hydrolyse et d'inhibition du gonflement des gaz. Il est donc également considéré comme l'un des sels de lithium les plus prometteurs pour remplacer le LiPF6.
À l'heure actuelle, la batterie au lithium la plus utilisée est la batterie de puissance, de sorte que l'orientation du développement de certains électrolytes doit s'adapter aux besoins de la batterie de puissance.
D'une manière générale, les batteries d'énergie ont deux exigences majeures : une durée de vie élevée et une charge rapide. Les résultats des recherches existantes montrent que, d'une part, l'électrolyte dopé au LiFSI présente une conductivité électrique plus élevée.
D'autre part, par rapport au LiPF6, le LiFSI convient mieux à la charge rapide, c'est-à-dire à la charge à haut débit, et le fonctionnement à haut débit permet de maintenir une capacité de batterie plus élevée. Dans l'ensemble, le LiFSI possède les performances nécessaires pour augmenter la quantité d'ajouts ou remplacer le LiPF6.
Dans l'ensemble, le LiFSI peut compenser les lacunes de performance du LiPF6 à de nombreux égards et devrait briser le monopole des sels de lithium LiPF6. Toutefois, des problèmes tels que la difficulté de la technologie de production, le coût de production élevé et la corrosion de la feuille d'aluminium positive ont déjà limité l'application et la promotion du LiFSI.
Toutefois, ces dernières années, la technologie du côté de l'offre a été continuellement améliorée et les applications du côté de la demande ont continué à se développer, ce qui accélère la promotion du LiFSI.
Les fabricants chinois font une percée dans la technologie de production LiFSI
C'est en 1995 que l'utilisation du LiFSI comme sel de lithium a été proposée pour la première fois. La Chine a commencé tardivement et ce n'est qu'en 2017 que la capacité de production de LiFSI a été mise en service. Le LiFSI a principalement deux voies de synthèse : la méthode de l'acide chlorosulfonique et la méthode du fluorure de sulfuryle, la méthode de l'acide chlorosulfonique étant aujourd'hui la principale méthode. Le processus de synthèse peut être divisé en trois étapes principales : la synthèse du bischlorosulfonimide, la fluoration et la lithiation.
Il existe déjà des entreprises dans le monde qui produisent et vendent du LiFSI, mais l'échelle globale n'est pas très grande, avec une capacité de production totale d'environ 22 600 tonnes. Limité par des facteurs tels que l'échelle et la montée en puissance des capacités, seul le LiFSI de Tinci a actuellement le volume d'expédition le plus élevé, et DFD, en Allemagne, le plus important. entreprises de l'hexafluorophosphate de lithiumCAPCHEM et CHEMSPEC ont tous des livraisons, ce qui montre un modèle concurrentiel composé d'un super et de nombreux forts.
Plusieurs Sociétés d'électrolytes pour batteries au lithium-ion planifient le renforcement des capacités de production de LiFSI. D'après les annonces de diverses entreprises, qu'il s'agisse d'une ancienne entreprise maîtrisant la technologie ou d'une nouvelle entreprise ayant un nouveau projet, elles ont accéléré la mise en place d'une capacité de production de LiFSI.
Il devrait être mis en production avant 2025, avec une capacité de production totale prévue d'environ 200 000 tonnes, et une capacité de production existante d'environ 220 000 tonnes. Tinci est devenu le plus grand fournisseur de LiFSI, et la concentration de l'industrie a légèrement diminué.
Améliorer le procédé LiFSI existant, stocker et développer une variété de nouvelles technologies de préparation et de récupération du LiFSI. Outre les deux procédés de synthèse de l'acide chlorosulfonique actuellement utilisés, plusieurs entreprises et instituts de recherche ont commencé à s'approvisionner en nouvelles technologies de préparation.
En raccourcissant le déroulement du processus et en réduisant la consommation unitaire de matières premières, le processus de production existant est amélioré pour promouvoir la LiFSI afin de réduire davantage les coûts et d'accroître l'efficacité.
Améliorer la conversion des matières premières LiFSI et réduire les émissions de trois déchets
Le prix élevé du LiFSI freine l'enthousiasme des applications en aval. Le prix du LiFSI était autrefois élevé, et ce prix élevé a sérieusement affecté l'enthousiasme des fabricants en aval pour l'application. Selon des données pertinentes, le prix moyen du marché du LiFSI passera d'un pic de 700 000 RMB/tonne en 2017 à 400 000 RMB/tonne en 2021.
Principalement en améliorant l'utilisation globale des matières premières et des déchets de LiFSI et en améliorant la technologie du processus, le coût est contrôlé efficacement et le prix de vente est réduit. Dans le processus de synthèse, le taux d'utilisation des matières premières et des solvants est élevé, et le taux de conversion en un seul passage doit être amélioré. Le processus de synthèse du LiFSI est principalement basé sur la méthode de l'acide chlorosulfonique, mais les matières premières utilisées sont différentes.
Réduire les rejets de LiFSI trois déchets et vendre les sous-produits à l'étranger pour réduire les coûts. Étant donné que le processus de production de LiFSI produit des polluants contenant du fluor, du chlore et du soufre, le coût de traitement par tonne dépasse 10 000 RMB.
Par conséquent, le coût d'une tonne de matières premières LiFSI devrait pouvoir être ramené à environ 70 000 RMB sous le double effet des prix du lithium et des améliorations superposées des processus.
L'augmentation de la production de LiFSI réduit les coûts de fabrication
L'augmentation de la capacité de LiFSI permet de réduire efficacement les coûts de fabrication. Selon les données disponibles, le coût de fabrication de la LiFSI représente environ 40% du coût total, et le coût de fabrication par tonne dépasse 100 000 RMB.
Le coût de fabrication par tonne de LiFSI est calculé sur la base de la production annuelle et du coût de fabrication de LiFSI, qui passera de 63 tonnes en 2016 à 772 tonnes en 2021. Une fois la production multipliée par dix, le coût de fabrication par tonne de LiFSI sera divisé par deux.
On prévoit que le coût de fabrication d'une tonne de LiFSI pourra être réduit à 70 000 RMB à l'avenir. Dans un contexte de baisse des prix des matières premières telles que le carbonate de lithium, le coût total global devrait être d'environ 160 000 RMB/tonne. Dans l'ensemble, il existe actuellement un grand nombre d'entreprises ayant une capacité de production de LiFSI, et la planification de la capacité totale est relativement élevée.
Il n'y a pratiquement pas d'obstacles techniques à la production pour les anciennes entreprises qui disposent déjà d'une capacité de production. L'énergie est principalement concentrée sur l'amélioration de la capacité d'utilisation des matières premières, l'optimisation du processus, le recyclage et d'autres aspects. Pour les nouvelles entreprises qui prévoient de construire, il faut encore un certain temps pour achever l'installation et l'ajustement de l'équipement. Dans l'ensemble, l'application nationale de la LiFSI en Chine sera accélérée à l'avenir.
La tendance à l'utilisation d'une grande quantité de nickel dans les piles au lithium stimule la croissance de LiFSI
La tendance à l'augmentation du nickel dans les batteries ternaires au lithium est évidente, et le LiFSI est adapté aux batteries à forte teneur en nickel. Selon les statistiques, de 2018 à 2021, la proportion de batteries ternaires à forte teneur en nickel dans l'ensemble des batteries ternaires en Chine a augmenté d'année en année, et la proportion sera proche de 50% au premier semestre 2022.
Cette évolution est principalement due à la demande de produits en aval pour une durée de vie élevée des batteries et à la réduction de la consommation de cobalt à prix élevé en amont. À l'avenir, la proportion de ternaires à forte teneur en nickel devrait continuer à augmenter.
Le nickel étant un élément très réactif, une teneur élevée en nickel entraînera une mauvaise stabilité thermique. La stabilité chimique et la stabilité thermique du LiFSI sont compatibles avec les piles à forte teneur en nickel et sont nettement meilleures que celles du LiPF6, de sorte que cette tendance stimulera la croissance de la demande de LiFSI.
Diverses batteries adaptées à la haute teneur en nickel ont été lancées. La batterie 4680 lancée par Tesla utilise du nickel 811 comme matériau d'électrode positive et a une excellente durée de vie. Du point de vue de la stabilité, le LiFSI convient mieux à la 4680.
CATL a présenté la batterie Kirin et a affirmé que le véhicule avait une autonomie de 1 000 kilomètres et qu'une charge rapide de 10 minutes était possible. La batterie est compatible avec les matériaux ternaires ou le phosphate de fer lithié, et le système de batterie a une densité énergétique de masse plus élevée.
À l'heure actuelle, CATL n'a pas annoncé la formule spécifique de l'électrolyte, mais l'ajout de LiFSI dans la partie ternaire sera supérieur à 3%. Depuis la sortie de la batterie Kirin et de la batterie 4680, de nombreuses entreprises automobiles ont réagi successivement.
L'introduction de batteries à forte teneur en nickel entraînera une augmentation de l'utilisation du LiFSI, et la production de masse précoce du 4680 accélérera le processus d'application du LiFSI. Kirin et 4680 sont principalement conçus pour les batteries d'alimentation. Outre les batteries Kirin et 4680, les batteries Batteries 18650 avec la plus haute standardisation sont également utilisés dans la batterie d'alimentation.
Les batteries d'énergie sont actuellement les plus demandées et celles qui connaissent la croissance la plus rapide en aval ; elles constitueront donc le domaine d'application le plus important du LiFSI à l'avenir. D'après les statistiques et les prévisions, la capacité mondiale des batteries lithium-ion atteindra 1,5 TWh en 2025.
Par conséquent, d'une part, la demande de LiFSI bénéficie du développement rapide des batteries au lithium et la demande de sels de lithium continue de croître. D'autre part, l'instabilité du nickel élevé a conduit à une augmentation de la proportion de LiFSI ajoutée, et la consommation de batterie de certains modèles peut dépasser 10%.
L'augmentation du coût des sels de lithium a un impact limité sur le coût global de la batterie. Le coût de production des batteries lithium-ion comprend principalement les matières premières, les coûts du PACK et d'autres coûts, parmi lesquels l'électrolyte comprend les solutés, les solvants et les additifs, le coût de l'électrolyte représentant la proportion la plus élevée.
Selon les données, le coût de production moyen des batteries au lithium en 2021 est de $101/KWh. Calculé au prix du LiFSI et du LiPF6, en supposant que tous les électrolytes passent du LiPF6 au LiFSI, le coût de production des batteries au lithium augmentera d'environ 3%.
Toutefois, dans les applications pratiques, la quantité de LiFSI n'a pas atteint le même niveau que celle de LiPF6, et l'augmentation sera inférieure à celle de 3%, de sorte que l'impact sur le coût des batteries est limité.
